Progettazione integrata del ciclo di vita dell’edificio: BIM - LCA

Il LCA-BIM nei processi di certificazione di sostenibilità degli edifici

Il mondo della progettazione e delle costruzioni è, da sempre, stato caratterizzato dalla coesistenza all’interno dello stesso processo di una quantità di informazioni vastissima e di vario genere. Di conseguenza, a fronte di una naturale crescita di complessità trasversale dei dati necessari, uno degli obiettivi principali è quello dell’effettiva integrazione fra le discipline progettuali, finalizzata ad un maggiore controllo in termini di realizzazione, costi e trasparenza. Le prestazioni in ambito di sostenibilità sono conseguenza del risultato derivante dall’integrazione di tutte le discipline che caratterizzano la progettazione dell’edificio.

La progettazione tradizionale basata su elaborati legati a rappresentazioni geometriche del progetto in termini di piante, sezioni e prospetti e  da relazioni di progetto dove le informazioni sono diffuse e reperiti in relazioni specialistiche ed elaborati per le diverse discipline. Questa rappresentazione del progetto rende difficile una coordinazione, coerenza e reperibilità di un crescente numero di informazioni tra le diverse discipline.

Nella progettazione BIM al contrario le elaborazioni grafiche non sono rappresentazioni “astratte ed indipendenti” del progetto ma sono estrapolazioni del modello virtualizzato del progetto, quale prototipo condiviso delle soluzioni architettoniche, tecniche ed impiantistiche, etc. Tale prototipo è costituito da informazioni di tipo geometrico ma soprattutto di informazioni progettuali specifiche delle scelte progettuali adottate strutturate: sotto forma di parametri codificati a seconda della gestione della qualità interna o di progetto. Questi dati possono essere integrati ed aggiornati nel modello BIM ed interrogati per essere utilizzati in analisi specifiche.

Il tipo di approccio necessario è di natura bidirezionale: da una parte è fondamentale avere il controllo di quanto e come le disposizioni progettuali influenzano gli aspetti inerenti la sostenibilità; dall’altra è opportuno avere la possibilità di effettuare modifiche condivise e coordinate delle scelte progettuali.

I modelli BIM diventano così un magazzino di dati strutturati per valutare caratteristiche di sostenibilità durante il processo di progettazione, quando i cambiamenti possono ancora essere condivisi e coordinati tra le diverse discipline.

L’analisi dell’impatto ambientale del ciclo di vita dell’edificio viene svolta utilizzando la normativa di valutazione dell’impatto ambientale dell’ambiente costruito quale EN ISO 14040:2006 Life Cycle Assessment (LCA) Valutazione del ciclo di vita dell’edificio e EN 15978:2011 metodo per calcolare l’impatto ambientale del mondo delle costruzioni.

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Figura 1 -Schema dell'analisi dell'impatto ambientale dell'edificio (EN 15978:2011) con evidenziato i confini  Cradle-to-Gate (A1+A2+A3).

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Figura 2
- I grafici mostrano il confronto tra embodied carbon e Operational Carbon

Il Carbon Footprint (CFP) rappresenta uno dei più rilevanti indicatori di sostenibilità ambientale, che analizza la quantità di anidride carbonica utilizzata nel processo costruttivo dell’edificio, dall’estrazione delle materie prime impiegate della costruzione fino al primo giorno di funzionamento dell’edificio costruito. L’anidride carbonica viene utilizzata come indicatore dell’impatto ambientale poiché sin dal Protocollo di Kyoto è stato riconosciuto come il principale gas responsabile dell’effetto serra e quindi del surriscaldamento globale, questo costituisce solo uno dei principali indicatori ambientali di un'analisi LCA.

Il Carbon Footprint è costituito da:

  • la quantità di emissione di gas responsabili dell’effetto serra durante tutte le fasi di vita dell’edificio;
  • dall’estrazione materie prime, trasporto, trasformazione, montaggio, installazione, come pure la demolizione e lo smaltimento (Embodied Carbon);
  • emissioni riferite alla produzione di energia necessaria al funzionamento dell’edificio per garantire le prestazioni richieste (Operational Carbon).

La figura 2 mostra un confronto tra embodied carbon e operational carbon dove la linea rossa di riferimento per le costruzioni tradizionali viene confrontata con la linea verde delle costruzioni ad elevata sostenibilità (Green Building). L’embodied carbon misura la quantità di emissione di gas responsabili dell’effetto serra durante tutte le fasi di vita dell’edificio: dall’estrazione materie prime, trasporto, trasformazione, montaggio, installazione, come pure la demolizione e lo smaltimento. L’anidride carbonica equivalente (CO2-e) considera le emissioni complessive durante tutte le fasi di vita dell’edificio di tutti i gas responsabili del surriscaldamento globale (Global Warming Potential – GWP) per l’effetto serra.

Una volta ridotte in maniera sostanziale le emissioni di anidride carbonica relative al funzionamento dell’edificio, ottimizzando le performance dell‘involucro edilizio e degli impianti tecnologici, come già sta avvenendo grazie agli effetti in termini economici della riduzione dei consumi, ad un quadro legislativo sempre più stringente e ad una maggiore sensibilità generale, rimangono da indagare le metodologie per quantificare le emissioni prodotte nell’intero processo costruttivo, nonché sviluppare le strategie e le soluzioni per la loro riduzione. Da qui un interesse crescente alla metodologia LCA per indagare l’impatto ambientale durante l’intero ciclo di vita dell’edificio.

Molte certificazioni come LEED, BREEAM e LBC assegnano crediti specifici che premiano strategie volte alla riduzione dell embodied carbon e all’analisi dell’impatto ambientale dell’edificio durante tutto il ciclo di vita. I crediti sono di diversa natura, dal calcolo approfondito del LCA del progetto all’utilizzo di prodotti con certificazione EPD.

Progettazione BIM e analisi del ciclo di vita dell’edificio

Lo scopo della valutazione dell’embodied carbon e quello di fornire uno strumento valutativo nel processo di comparazione e valutazioni di differenti opzioni durante la progettazione dell’edificio in relazione al loro impatto ambientale durante il ciclo di vita dell’edificio. Differenti ipotesi progettuali possono essere valutate sulla base della quantità di anidride carbonica equivalente emessa in atmosfera durante la produzione, il trasporto e la costruzione dei materiali da costruzione (2).

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Figura 3 - Schema di flusso di informazioni per il calcolo LCA integrato nella progettazione BIM

Le fasi che compongono un'analisi LCA secondo la ISO 14040 sono quattro a cui in uno schema di integrazione tra BIM e LCA possiamo consideriamo una fase zero (Fig.3).

(0) Fase zero di gestione del dataset del modello BIM per includere informazioni relative alla tipologia dei materiali e le loro proprietà per poter gestire l'esportazione e coerenza delle informazioni per la fase successiva.

(I) Prima fase definizione dell'obbiettivo e dell’ambito dell’analisi in particolare in riferimento al sistema di certificazione per cui si vuole produrre la documentazione.

(II) Seconda fase, Life Cycle Inventory (LCI) a partire dalle quantità e proprietà degli elementi costruttivi BIM il dataset viene integrato con altre informazioni di database esterni e informazioni progettuali. In questa fase le informazioni presenti nel modello BIM vengono esportate o in formato tabulato come un foglio excell in formato di interscambio come IFC opportunamente mappato. Inoltre informazioni presenti nelle dichiarazioni di prodotto EPD o banche dati LCA di prodotti edilizi (Okobau.dat, Gabi, Ecoinvent, ICE database etc.).

(III) Terza fase, Life Cycle Impact Assessment durante la quale vengono elaborati i dati e si verifica la rispondenza dei dati rispetto allo scopo ed in particolare rispetto ai requisiti richiesti dal Green Rating System scelto.

(IV) Fase finale, interpretazione. Fase spesso sottovalutata ma nella quale vengono analizzati gli impatti ambientali per fase del ciclo di vita, per materiale e categoria di componenti edilizi. In questa fase è possibile indagare quale siano le fasi e quali componenti edilizi contribuiscono maggiormente all’impatto ambientale dell’edificio. In edifici di nuova costruzione la struttura ha un contributo di oltre il 50% ed in particolare in edifici con facciate complesse con diffuso utilizzo di alluminio le facciate possono costituire il principale componente edilizio per un ottimizzazione (2-3).

Conclusione e White Paper LCA del GBC Italia

L’analisi LCA di un edificio rimane un procedimento complesso che difficilmente riesce ad essere uno strumento efficace nelle fasi preliminari della progettazione per carenza di dati medi per categoria di materiale (quando i materiali non sono ancora definiti nel dettaglio) e per l’incertezza delle informazioni progettuali legate all’intero ciclo di vita del componente edilizio. La fase della progettazione esecutiva dove gli aspetti legati alle scelte costruttive e materiali sono definite nel dettaglio rimane la fase principale di possibile applicazione. Tuttavia in questa fase le scelte progettuali possono avere un impatto limitato e non sostanziale nella riduzione dell’impatto ambientale. Inoltre l’attendibilità dell’analisi LCA si basa sulla qualità dei dati utilizzati e sulla delle ipotesi di calcolo adottate (2).

Il Green Building Council (GBC Italia) ha promosso un gruppo di lavoro sul Life Cycle Assessment in Edilizia composto da professionisti ed esperti dal mondo dei produttori, progettisti e della ricercata . Il gruppo di lavoro, a cui ho partecipato, ha redatto un Position Paper nel quale viene trattato lo stato dell’arte dell’applicazione del LCA, individuazione di criticità e proposte di azioni chiave per favorire la diffusione dello strumento LCA nel settore edilizio italiano (4).

>>> Per maggiori informazioni sul Position Paper visita il sito www.gbcitalia.org


Bibliografia

(1)   BSI, BS EN 15978:2011 Sustainability of construction works -Assessment of environmental performance of buildings – Calculation method, BSI, London,2011

(2)   Meneghelli, Andrea. "Whole-building embodied carbon of a North American LEED-certified library: Sensitivity analysis of the environmental impact of buildings materials." Building and Environment 134 (2018):  230-241. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.02.044

(3)    A. Meneghelli, R. Cerda, G. Faccio, LEED compliance in the BIM integrated process: How can BIM optimize the design process for Green buildings of the future?, GreenBuild Europe, April 17-18, 2018, Berli, Germany <https://www.usgbc.org/education/sessions/greenbuild-europe-2018/c04-leed-compliance-bim-integrated-process-how-can-bim-opt>

(4)   Lavagna M, Baleani E., Gonzi E., Bessi A., Dalla Valle A.,Ganassarli S., Giorgi S., Decio M., Fagandini L., Marinelli L., Marinelli S., Meneghelli A., Ojan M. “Position Paper: Life Cycle Assessment in edilizia), Working Group LCA of GBC Italy (15.10.2018) >>> per maggiori informazioni contattare GBC Italia


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